通信的基本概念

1、第1章 通信技术概述第2章 有线通信第3章 无线通信第4章 计算机网络,通信工程2012级,计算机与通信工程学院 通信工程系,第二部分 通信技术基础,1.1 通信的基本概念1.2 多路复用技术1.3 通信交换技术1.4 通信发展趋势,第1章 通信技术概述,引言：通信发展历史,远古通信手段,烽火台 击鼓 信鸽 旗语 驿站 航行用的信号灯等工具,现代通信发展历史回顾,1838年，莫尔斯发明有线电报，标志着人类从此 进入了电通信时代。,现代通信发展历史回顾,1876年 ，贝尔发明电话 波士顿大学，声音生理学教授,现代通信发展历史回顾,1895年 马克尼(意大利)，波波夫（俄国）发明无线电报 为人类通

2、信技术开辟了一个崭新的领域,曾获诺贝尔奖金,现代通信发展历史回顾,1906年，发明电子管，进入了电子时代，开辟了模拟通信的新纪元。,现代通信发展历史回顾,1925年 载波电话系统问世 1938年 电视广播开播， 单一声音到实 时图像 1940-1945年 微波通信系统的发展（二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展） 1946年 第一台电子计算机在美国出现 1948年 晶体管问世(导致小型化) 1950年 时分多路通信应用于电话,现代通信发展历史回顾,1958年 发射第一颗人造卫星，太空通信时代到来 1961年 集成电路问世，使得数字通信得到进一步发展，对电子产品的发展更新（高速、微小）起非常重

3、要的作用 1963年 发射第一颗同步通信卫星，开辟了空间通信的新纪元 1969年 因特网（Internet）的前身ARPAnet出现，被后人称为网络之父 （巴兰）,现代通信发展史的回顾,20世纪通信技术高速发展： 双绞线同轴电缆微波光纤卫星 长波中波短波超短波微波毫米波 21世纪 通信与信息 融入生活 改变生活 不可缺少,1.1 通信的基本概念,一、通信的基本定义（P1-4） 1.通信：信息的传递与交换。 （香农如是说：.） 通信的基本形式：是在信源与信宿之间建立一个传输（转移）信息的通道（信道），实现信息的传输。,1.1 通信的基本概念,2.消息、信息与信号 消息：语言、声音、音乐、文字和符

4、号、数据、图像等统称为消息(Message)。 信息：消息中给予收信者的新知识称为信息（Information） 信息可以被理解为消息中包含的有意义的内容 信号：信息的符号表示 是传递消息的载体，从通信的角度指与消息相对应的电信号或光信号。 消息或信号所载荷的信息量可度量。 电信号最常用的表示形式是电流或电压。 由话筒输出的电压波形是电信号的一个例子,3.信号的特征：与消息相对应的电信号或光信。 （1）信号的电参数：幅值、频率或相位,1.1 通信的基本概念,频谱图,时域图,（2）信号频谱：信号所含有的频率成分。 （3）信号带宽:信号所含最高频率fH与最低频率fL之差，即信号所含频率的宽度。 例

5、如人讲话声音包含有许许多多频率成份：808000 Hz 电话语音信号的频率范围为3003400Hz，则其信号带宽为3100 Hz。,1.1 通信的基本概念,4.信号的分类： 计时的钟表表示时间信息的两种方式： 指针式钟表是以指针的连续走动指示时间，所以它是一种“模拟”方式； 数字式钟表每隔一定时间跳一个数，是一种非连续计时方式，即“数字”方式,1.1 通信的基本概念,电信号表示信息的两种不同方式： 模拟信号和数字信号 模拟信号用“连续变化的数值”来表示要说明的信息； 数字信号是用“离散（不连续）的数字”来表示信息。,（1）模拟信号 幅度取值连续的信号为模拟信号（函数值随时间连续变化） 以电话为

6、例，由于声音信号“模拟”了声压的变化，因此叫做“模拟信号”。,1.1 通信的基本概念,模拟信号波形特点： 信号的波形在时间、幅度上均是连续的（即在一定的时间内取无限个值），所以又称之为“连续信号”。 它连续地“模拟”着信息的变化。 如发话者的话音改变时，信号的波形也改变。 模拟信号将待传递的信息包含在信号的波形之中。,1.1 通信的基本概念,（2）数字信号 幅度取值离散的信号。电报是用数字信号传递信息的最简单的方式。,1.1 通信的基本概念,早期的莫尔斯电报， 其电报信号是用“点”和“划”组成的电码（叫做莫尔斯电码）来代表文字和数字。 如果用“1”代表有电流、 “0”代表无电流，那么“点”就是

7、1、0，“划”就是1、1、1、0。 莫尔斯电码是用一点一划代表A，用一划三点代表B，所以A就是101110，B就是1110101010。 如现在要拍发一份电报，含有“中国”两字，用“0022”代表中。,1.1 通信的基本概念,图中的“1”和“0”可对应电流开启或关闭两种状态或其他能表示两种状态的电压取值（如正负电压两种取值），分别称为“1”码或“0”码， 由于每个码都有一定的持续时间Ts，因此每个码又称为数字脉冲或码元。,1.1 通信的基本概念,数字信号的特点: 波形从时间和幅度上都是离散的（取值是有限个）、不连续的。 数字信号将待传递的信息包含在码元的不同组合之中。 对数字信号来讲，信号的数

8、据率越高，信号的带宽也就越宽。,1.1 通信的基本概念,1.1 通信的基本概念,（3）模数（A/D）转换： 模拟信号可通过数字化的方法转化成数字信号；反之，数字信号又可通过模拟化的方法转化成模拟信号。完成这两种转化的器件分别称为“模数转换”（A/D）器和“数模转换”（D/A）器。,1.1 通信的基本概念,通信系统：传递信息所需要的一切技术、设备和传输媒介的集合。 通信系统基本模型： 必要的通信流程： 消息信号处理传输信号还原消息 技术设备包括硬件和软件,二、通信系统（P4-15）,1.1 通信的基本概念,通信系统实例,1.1 通信的基本概念,1. 信源和信宿 信源：发送信息的一端。 信宿：是传

9、输信息的归宿（目的地）。 信源、信宿可以是人或设备，发出的消息可以是声音、文本、图像等。,1.1 通信的基本概念,2. 发送设备和接收设备 （1）发送设备： 将非电信号转换成电信号。 将电信号进行变换处理，变成适宜某种信道传输的信号。,（2）接收设备 对接收信号进行与发送设备相反的变换处理，如解调、译码、转换等，以便恢复出消息供受信者接收。 尽可能的抑制干扰，使所恢复的信号尽可能准确。,1.1 通信的基本概念,1.1 通信的基本概念,3. 信道(channel) 信号传输媒介的总称。 （1）信道的带宽： 信道容许通过的最高与最低信号频率之差。 若要求信道无失真地传输信号，则要求 信道带宽B 信

10、号的带宽B。,1.1 通信的基本概念,（2）信道的分类 按物理特性来分： 有线信道：电磁信号被约束在有线传输线上。 架空明线、双绞线、同轴电缆及光纤等 无线信道：电磁信号沿自由空间传输。 无线信道可利用的频段从长波、中波、短波到激光，有较宽的频段。,1.1 通信的基本概念,架空明线 指平行而相互绝缘的架空裸线线路。 与电缆相比，它的优点是低频信号传输损耗低，但高频信号易于辐射，衰耗较大，所以容许传输的信号频率受到限制。 易受气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感、串话严重。,1.1 通信的基本概念,双绞线 由两根各自封闭在塑料皮内的铜线相互扭绞而成。 双绞的目的：减少相邻线对的干扰。 分类

11、 屏蔽双绞线（Shielded Twisted pair，STP ） 非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted pair，UTP ）,1.1 通信的基本概念,1.1 通信的基本概念,两种制作标准,1.1 通信的基本概念,同轴电缆： 特点：抗干扰性能很强。 50的同轴电缆：局域网基带传输。传输带宽为120M 传输距离11.2km 75的同轴电缆：闭路电视系统（CATV）。支持的带宽：300450MHz。距离：100km,1.1 通信的基本概念,光纤,1.1 通信的基本概念,光缆：多根光纤外加防护层 光纤带宽非常宽，通信容量非常大。 1310nm 1550nm,1.1 通信的基本概念,(

12、3)信道的损耗: 信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰或噪声。,信道的损耗对传输距离的影响 传输的距离越远，信号的衰减就越严重。 增加中继站数，提高了系统成本。,1.1 通信的基本概念,4.干扰（或噪声源）： 一种电信号，由噪声引起的对通信产生的不良影响的效应。,1.1 通信的基本概念,通信系统中的噪声可分成以下三类： 第一类是通信系统的外部噪声 一部分是人为的 例如，各种电器开关通断时产生的短促脉冲，荧光灯闪烁产生的脉冲串等，这是一种常见的现象； 另一部分是非人为的 比如：雷电干扰、其他邻近通信系统（如无线电发射机）的干扰、宇宙辐射等。,1.1 通信的基本概念,第二类是通信系统的内部噪声

13、 它主要包括通信设备中使用的电子元器件（例如，电阻和半导体元器件）、转换器以及天线或传输线等。 例如，电阻及各种导体都会在分子热运动的影响下产生热噪声，电子管或晶体管等电子器件会由于电子发射不均匀等产生器件噪声。,1.1 通信的基本概念,第三类是信道的特性不理想所引起的噪声 在有线信道中，它主要表现为多对传输线间产生的不必要的耦合。 在无线信道中例如，电离层和对流层的随机变化引起信号的随机变化，而构成对信号的干扰。 为了分析问题的方便，一般将系统内所存在的上述三类噪声全部折合到信道中去，用噪声源来表示。,1.1 通信的基本概念,信噪比： 是指接收端信号的平均功率和噪声的平均功率之比(S/N)。

14、 S/N=10lg(信号功率/噪声功率) (dB) 信噪比是衡量传输系统的重要参数。 在相同的条件下，系统的输出端的信噪比越大，则系统抗干扰的能力越大。,1.1 通信的基本概念,三、通信系统分类 1.按信源产生消息的物理特征分类 通信可分为电话通信系统、电报通信系统、数据通信系统、图像通信系统、广播电视通信系统和多媒体通信系统。 2.按传输信号的特征分类 模拟通信系统 数字通信系统,数字通信系统与模拟通信系统相比较，有如下特点： 抗干扰能力强，无噪声积累 (数字信号可多次中继再生，可通过纠、检错）,1.1 通信的基本概念,电路易于集成化，使通信设备体积小、功耗低。 便于采用各种数字信号处理技术

15、，易于与计算机接口。 便于实现多种业务综合通信，使通信系统的功能增强。 数字信号易于加密处理，保密性能强。 数字信号占用信道频带较宽,模拟系统 数字系统,1.1 通信的基本概念,3.按传输媒介和系统组成特点分类 短波通信系统、微波通信系统、卫星通信系统、光纤通信系统、移动通信系统。 ,1.1 通信的基本概念,四、通信系统的主要性能指标 性能指标 衡量系统的质量优劣的标准。 通信系统的性能指标涉及其有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等等， 从研究消息的传输来说，通信的有效性与可靠性将是衡量通信系统性能的主要的指标。 有效性：指给定信道内传送信息的能力。 可靠性：指系统接收端恢复信息

16、的准确度。,1.1 通信的基本概念,1.模拟通信系统的有效性和可靠性 （1）有效性： 模拟通信系统中，有效性通常可用有效传输带宽来衡量。 工程上常用给定信道内可同时传输的电话路数来衡量传输信息的多少。 （2）可靠性： 常用系统输出端的信噪比来衡量。 信噪比：是指接收端信号的平均功率和噪声的平均功率之比。 S/N=10lg(信号功率/噪声功率) (dB) 信噪比是衡量传输系统的重要参数。 在相同的条件下，系统的输出端的信噪比越大，则系统抗干扰的能力越大。信噪比越高，通信质量就越好。,1.1 通信的基本概念,2.数字通信系统的有效性和可靠性,（1）有效性数字信号的传输速率 又称信息速率和传信率，信道每秒种所传送的信息量。 单位是“比特/秒”（bit/s或b/s或bps）。 用二进制数字0和1取值时，规定传送一个二进制数字时的信息量就是1bit，所以信息速率又称为比特率。,（2）可靠性用误码率来衡量 误码率，收信机收到的数字信号码元出现错误的概率。 常用误比特率来表示：是指错误接收的比